喷雾除尘技术在宝钢BSSF渣处理装置上的应用研究

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刘茵，李永谦，肖永力

(宝钢研究院，上海201900)

摘要：对宝钢BSSF钢渣处理装置排放尾气所挟带的粉尘进行了粒径分析，结合并应用湿法除尘机理实施了喷雾除尘净化方案。试验表明：常规喷嘴雾化除尘方案在液气比为0．79 L／m³时除尘效率波动较大，平均值仅能达到69％；当在烟囱内增设三道高效气雾两相流喷枪后，在液气比为0．84 L／m³时，除尘效率提高到94％，尾气中粉尘浓度低于40 mg／m³(干)，达到了国家的排放标准。

关键词：渣处理；喷雾除尘；粒径分布；除尘效率

中图分类号：X703文献标志码：B文章编号：1008—0716(2009)03—0021—03

0 前言

宝钢BSSF冶金渣处理技术是宝钢独有的炼钢熔渣处理新技术，它首次把炼钢熔渣传统的开放式、静态缓冷、先冷却后破碎处理工艺改写成密闭式、动态急冷、热态破碎处理工艺，不仅处理效率高，处理后的成品渣易于磁选分离和直接利用，而且过程中产生的含尘蒸汽通过烟囱集中排放，消除了传统渣处理工艺蒸汽弥漫、尘土飞扬的弊端。为响应节能减排号召，进一步减少粉尘排放，本文针对宝钢分公司二炼钢1^#BSSF渣处理装置排放的尾气进行了喷雾除尘净化研究，以确定适合该工况条件的设备选型和工艺布置方式，为其他BSSF渣处理装置的技术改造和BSSF装置商业化工程的选配提供参考。

1 除尘方案的确定

布袋、塑烧板及电除尘器都是目前成熟可靠的高效除尘技术，可以保证50 mg／m³以下的排放指标。但缺点也明显：不仅投资和运行费用高、占地大，而且对现有工艺装备改动大，施工时需要停产且周期长，最重要的一点是该尾气含湿量大，所挟带的粉尘为钢渣的超细粉，性质与混凝土相类似，具有水硬性和胶(结)凝性，在布袋或塑烧板上可能易板结，造成清灰困难。喷雾除尘方案虽然没有实施的先例，其最终结果尚存在不确定性，但工艺简单、投资和运行费用低，不用改动现有设施，容易实施；可以先在l台装置上进行试验研究，一旦成功再移植到其他装置上，以节约资金和时间，达到效益最大化的目的。

1．1现场工况条件

宝钢BSSF渣处理装置适应转炉炼钢的需要，实行间歇式作业，每处理1炉钢渣大约需要10～20 min，冷却10～15 min后处理下一炉。处理过程中尾气发生量2万～6万m³／h(干)，温度68～110℃，含湿量13％～15％，气流速度为3～6 m／s(干)，平均含尘浓度400mg／m³ (干)左右。

1．2尾气中粉尘粒径的分布

反映除尘技术性能的重要指标有除尘效率和分级效率，其中分级效率是指某一粒径(或粒径范围)的除尘效率，反映除尘效率和粉尘直径之间的关系。据文献报道^[1]：在不同气速和不同液气比下，对于粒径大于10μm的粉尘，喷雾除尘的分级效率都接近100％；当液气比达到一定值时，大于2μm尘粒的分级效率也可达100％；从0．2μm到lμm，分级效率随粒径的增加而急速上升。所以在实施高效喷雾除尘方案前需要先分析出粉尘粒径的分布，尤其是1μm以下粉尘所占的比例，以确定是否适合喷雾除尘工艺。

宝钢BSSF渣处理装置排放尾气含尘粒径的分布情况如图1所示，基本上呈正态分布。处理后的数据汇总在表1中，可以明显看出：小于lμm的粉尘所占的比重尚不到总量的4％；l～2μm的约占9％左右，2μm以上者占87％，其中大于10μm的占到56％。粉尘粒径的这种分布基本符合喷雾除尘技术对粉尘粒径的要求，因此只要选用恰当的喷雾除尘工艺参数，使得大于2μm以上的粉尘的分级效率达到100％，即可以实现87％的总除尘效率。按照平均含尘浓度400mg／m³(干)计算，除尘后的理论排放浓度约小于52 mg／m³(干)，符合国家环保法规规定的大气颗粒物排放浓度的要求。

2 喷雾除尘试验

试验过程分前后两个阶段，第一阶段只在烟道内安装了喷嘴雾化除尘系统，即在尘发点附近的烟道部位，沿气流方向分别设置了一道环形的水喷嘴和一道环形气水喷嘴(见图2)，保证喷射面完全覆盖气流截面，并均逆气体方向喷淋，以便增加水雾与粉尘的惯性碰撞效率，提高捕集大颗粒粉尘的效果，并适当冷却烟气，设计液气比为0．80 L／m³。

第二阶段在保证烟道内喷嘴正常工作外，在烟道和烟囱中分别增设了1根和2根气雾两相流喷枪，喷枪的喷头都分别位于烟道或烟囱中心，一顺两逆喷射，用于尾气中水雾微滴的长大、融并和冷却，总的液气比为0．9 L／m³。具体工艺参数列于表2。

3 结果与讨论

相对于传统的开放式冶金渣处理工艺，BSSF渣处理工艺已经消除了操作现场尘雾飞扬的环境问题，但在增设专用的除尘设备前，其排放尾气的粉尘浓度仍然达413 mg／m³(干)(波动范围185～769mg／m³ (干))，远远超出100 mg／m³ (干)的宝钢排放标准，这也从侧面印证了传统开放式渣处理工艺对环境污染的严重性。当1300℃左右的高温熔渣在被快速水淬时要产生大量的低温蒸汽，因挟带而扬尘是不可避免的。在BSSF渣处理装置作业过程中，由于熔渣的渣性(组成、温度)不一、控制进渣速度的人为因素影响大，所以尾气粉尘浓度的波动比较大，如图3所示。

当在烟道内增设常规雾化喷嘴，在平均液气比为0．79 L／m³的条件下进行喷雾除尘，降尘效果明显，除尘后的排放浓度见图4中的“喷嘴”系列，但波动很大，效果好时可以达到53 mg／m³(干)，差时仍有287mg／m³(干)，均值在128 mg／m³(干)左右，除尘效率仅有69％，相当于仅仅捕集了粒径大于6μm的粉尘颗粒。说明常规水喷嘴的雾化效果较差，所喷出的雾滴直径大、密度小，单位时间内与尘粒碰撞接触的概率较小，捕集尘粒的效率低下。

当在烟囱上安装气雾两相流喷枪后，平均液气比仅增加到0．84 L／m³，但除尘效率一下子从69％提升到94，波动范围也明显收窄，排放浓度被有效地控制在40 mg／m³(干)以下(均值26 mg／m³ (干))。结合测得的粉尘粒径分布和文献报道^[1]可知，本除尘方案的配置不仅可以将大于10μm的粉尘全部捕集下来，就连10μm以下的粉尘捕集效率也达到86％，相当于捕集了粒径大于1．5μm的所有粉尘颗粒，基本上达到干式除尘的效果。

另外，从图4中的两组数据分布中可以看出，液气比的波动相当大，可能是由于渣的种类、进渣速度、处理时的冷却工艺等参数的不同，导致处理时产生的烟气量也不尽相同。但由于现场无烟气量自动检测装置，未进行烟气量和喷雾系统的连锁，而喷水量和压缩空气量相对比较稳定，所以造成这种结果。

试验过程中也遇到过喷嘴和喷枪被堵现象，导致喷水量大幅度下降，经过人工处理后才恢复到原有状态。经过分析，可能是尾气湿度大、粉尘粒径细小且浓度较高，一旦除尘系统与渣处理操作不同步，BSSF渣处理设备运行而喷雾除尘系统停止，粉尘就很容易在喷孔部位沉积、板结，轻则喷孔减小，重则喷头堵塞，严重影响雾化效果和除尘效率。鉴于此，一旦喷雾除尘系统投入运行，就必须加强标准化操作，确保每处理一炉钢渣都使用喷雾除尘系统；另外，最好通过旁路气体为喷枪和喷嘴提供少量的不间断气体，保证喷头内一直处于正压状态，避免粉尘侵入并堵塞喷孔。

4 结论